Procesamiento de Señales e Imagenes

Ingeniería Biomédica

Ph.D. Pablo Eduardo Caicedo Rodríguez

2025-09-07

Un recorrido narrado por señales e imágenes

Hoy nos reunimos para observar cómo los datos del cuerpo cuentan historias. Pensaremos en una señal como una narración que avanza segundo a segundo —como una línea que respira— y en una imagen como una narración detenida en el espacio, organizada en diminutos cuadros llamados píxeles. No necesitaremos fórmulas: bastará con la curiosidad y con la disposición para experimentar. Al final habrás creado tus propias figuras y podrás explicar, con tus palabras, qué cambió cuando el ruido apareció o cuando un filtro suavizó la escena.

La primera escena: escuchar el corazón

Imagina que acercas un micrófono al pecho. Lo que el sensor “oye” se convierte en una secuencia de números tomada muchas veces por segundo. A ese ritmo de toma lo llamamos muestreo, y su papel es parecido al de una cámara lenta: si tomamos muy pocos “fotogramas”, la historia pierde detalle; si tomamos suficientes, podemos seguir el ritmo del latido. Cada número ocupa un espacio en el computador; ese espacio define qué tan finamente distinguimos entre “más fuerte” y “más suave”. Esta finura se asocia con profundidad de bits. Sin ecuaciones, basta con la idea: más muestras y pasos más finos suelen permitir descripciones más nítidas, aunque siempre tendremos que escoger con cuidado.

Una prueba con Python: sonido ideal, ruido y suavizado

Enseguida construiremos una señal sencilla que late. Luego le añadiremos ruido —pequeñas sacudidas aleatorias— y por último la suavizaremos con un promedio deslizante. Observa cómo la claridad mejora, pero también cómo algunos detalles se aplanan.

Una historia en el tiempo: señal ideal, señal con ruido y señal suavizada.

La segunda escena: mirar el espacio

Una imagen no avanza; se despliega ante nosotros como un mosaico. Cada píxel conserva un valor de brillo o color. Cuantos más píxeles haya en un área dada, más fino será el mosaico y, por tanto, más detalle veremos. Cuando una imagen se vuelve borrosa —por movimiento, por desenfoque o por compresión— las transiciones se suavizan y los bordes pierden definición. Podemos intentar recuperarlos detectando dónde cambian rápido los valores: allí suelen esconderse las líneas y contornos que la mirada reconoce.

Un experimento visual: del patrón limpio al borde

Ahora generaremos una imagen sintética. Primero veremos su versión “limpia”; luego la agitaremos con ruido; después la desenfocaremos con un pequeño promedio; por último buscaremos bordes con un operador sencillo. Observa cómo el desenfoque ayuda a reducir el grano pero, si se exagera, disuelve contornos que tal vez queríamos conservar.

Una historia en el espacio: patrón base, ruido, desenfoque y bordes.

Actividad guiada I: cuenta tu propia señal

Te propongo crear tu propia narración en el tiempo. Modifica las frecuencias para imitar un ritmo distinto; aumenta o reduce el ruido para ver en qué momento la historia deja de ser legible; ajusta la ventana del suavizado y describe, con dos o tres frases, el compromiso entre claridad y detalle. No hay respuestas únicas: nos interesa cómo justificas tus decisiones.

Cuenta tu señal: ajusta el ritmo, el ruido y el suavizado y explica tu elección.

Actividad guiada II: esculpe tu imagen

Ahora construye una escena propia: un degradé, un círculo, un motivo que te guste. Aumenta el ruido hasta que la textura se vuelva áspera y luego atenúala con un desenfoque moderado. Observa cuándo los contornos emergen con el detector de bordes y cuándo, en cambio, se diluyen. Concluye con un pie de foto que explique, sin jerga, qué aprendiste sobre el equilibrio entre nitidez y suavidad.

Esculpe la escena: patrón, ruido, desenfoque, bordes y tu interpretación final.

Ética y cuidado en cada decisión

En esta sesión usamos datos sintéticos, precisamente para practicar sin arriesgar la privacidad de nadie. En proyectos reales, las señales y las imágenes pertenecen a personas, y tratarlas con respeto implica proteger identidades, explicar el propósito de uso y documentar las decisiones de procesamiento. La narrativa técnica siempre convive con una narrativa humana: quiénes participaron, qué beneficios esperan y cómo reducimos riesgos.

Cierre: lo que la historia nos deja

Has visto que una señal puede volverse ruidosa y que un filtro, al calmarla, también puede borrar matices. Has visto que una imagen puede ganar suavidad y perder aristas, o recuperarlas con un detector de bordes. La idea central es sencilla: toda herramienta implica un intercambio. Nuestro trabajo consiste en elegir con sentido, observar con cuidado y explicar con palabras claras cuál fue el camino y por qué.